DE10039482B4

DE10039482B4 - Handler zum Transportieren von flachen, in der Halbleiterindustrie zur Anwendung kommenden Substraten

Info

Publication number: DE10039482B4
Application number: DE10039482.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Höppner; Josef Zimmermann; Johannes Schilp
Original assignee: ZS HANDLING GmbH; ZS-HANDLING GmbH
Current assignee: Zs-Handling De GmbH
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: US20020044863A1; US6609874B2; WO2002012097A1; DE10039482A1

Abstract

Handler zum Transportieren von flachen, in der Halbleiterindustrie zur Anwendung kommenden Substraten (9, 15), insbesondere Wafern, zwischen wenigstens zwei Stationen, mit einem bewegbaren flächigen Arm (6, 14, 25–29) zur Aufnahme des Substrats (9, 15) sowie Mittel (10, 11, 16–24, 31) zur Lagevorgabe des Substrats (9, 15) im Bereich einer vorgegebenen Position auf dem Tragarm (6, 14, 25–29), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungserzeuger (4) zur Erzeugung einer longitudinalen Ultraschallschwingung vorgesehen ist, dass der Schwingungserzeuger mit dem Tragarm (6, 14, 25–29) derart zusammenwirkt, dass auf dem flächigen Tragarm (6, 14, 25–29) eine stationäre Schwingung mit mindestens einem Schwingungsbauch einstellbar ist, die eine Levitation eines darauf abgelegten Substrats (9, 15) ermöglicht, und dass die Mittel zur Lagevorgabe (10, 11, 16–24, 31) des Substrats (9, 15) für eine laterale Positionierung durch ausschließlich eine Wechselwirkung mit dem Randbereich eines Substrats (9, 15) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrif einen Handler zum Transportieren von flachen, in der ft einen Halbleiterindustrie zur Anwendung kommenden Substraten, insbesondere Wafern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer Handler der einleitend bezeichneten Art ist aus der Druckschrift US 6 095 582 A bekannt. Es sind verschiedene Vorrichtungen für eine Handhabung von Halbleitern in der Halbleiterindustrie bekannt, wie zum Beispiel ein Transformer aus der Druckschrift US 4 740 135 A und ein Ansaugfüller aus der Druckschrift JP H07-25 461 A .
In der Halbleiterfertigung ist bekannt, dass jeder Kontakt eines Wafers mit einer Auflagefläche, zum Beispiel in einer Lagerkassette oder beim Transport zwischen Arbeitsstationen auf dem Tragarm eines Waferhandlers, Partikel generieren kann, die sich nachteilig auf die Ausbeute der Fertigung auswirken können. Die Druckschrift US 5 810 155 A sowie die Druckschrift US 5 890 580 A stellen hierfür auf akustischer Levitation basierende Lösungen vor.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass Bereiche eines Wafers, die mit einer Auflagefläche in Berührung gekommen sind, keine ausreichende Oberflächenqualität mehr aufweisen, um in einem regulären Fertigungsprozess, der fotolithografische Schritte umfasst, eingesetzt werden zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handler insbesondere für Wafer bereit zu stellen, mit welchem sich die vorgenannten Probleme, insbesondere eine Partikelgenerierung weitgehend vermeiden lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht zunächst von einem Handler zum Transportieren von flachen, in der Halbleiterindustrie zur Anwendung kommenden Substraten, insbesondere Wafern, zwischen wenigstens zwei Stationen aus, der einen bewegbaren flächigen Tragarm zur Aufnahme eines Substrats sowie Mittel zur Lagevorgabe des Substrats im Bereich einer vorgegebenen Position auf dem Tragarm umfasst. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass ein Schwingungserzeuger zur Erzeugung einer longitudinalen Ultraschallschwingung vorgesehen ist, dass der Schwingungserzeuger mit dem Tragarm derart zusammenwirkt, dass auf dem flächigen Tragarm eine stationäre Schwingung mit mindestens einem Schwingungsbauch erzeugbar ist, die eine Levitation eines darauf abgelegten Substrats ermöglicht, und dass die Mittel zur Lagevorgabe des Substrats für eine laterale Positionierung durch ausschließlich eine Wechselwirkung mit dem Randbereich, vorzugsweise der Abschlusskante eines Substrats, ausgebildet sind. Durch diese Vorgehensweise kann ein Substrat ohne Berührung der Unterseite von einer Arbeitsstation mittels des Tragarms aufgenommen, durch eine Bewegung des Tragarms zu einer anderen Arbeitsstation transportiert und dort ebenfalls ohne Berührung der Unterseite des Substrats abgelegt werden. Damit lässt sich nicht nur eine unnötige Partikelgenerierung durch eine Wechselwirkung des Tragarms mit einer Auflagefläche vermeiden, sondern die Unterseite eines Substrats kann ohne Qualitätseinbuße in einem zum Beispiel fotolithografischen Fertigungsschritt bearbeitet werden. Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Zusammenwirken eines Tragarms mit einem Schwingungserzeuger der Tragarm einen Biegeschwinger darstellt, bei welchem zum Anheben eines Substrats eine Nahfeldlevitation ausgenutzt wird, wenn sich am Biegeschwinger eine stationäre Schwingung ausbildet. Dabei verhindern die Mittel zur lateralen Positionierung des Substrats ein ”Wandern” des levitierten Substrats auf dem Tragarm. Hierzu wirken die Mittel zur lateralen Positionierung ganz gezielt nur auf den Randbereich eines Substrats, vorzugsweise bei einer taktilen Positionierung nur auf die Außenkante eines Substrats ein, um eine unerwünschte Wechselwirkung mit, insbesondere inneren Bereichen, der Unterseite des Substrats zu vermeiden.
Aus der Druckschrift US 5 810 155 A ist eine Objekttransportvorrichtung bekannt, die akustische Levitation nutzt. Diese Objekttransportvorrichtung umfasst dazu eine Transportstrecke. Die Transportstrecke wird an einer Seite von einem Ultraschallerreger in Schwingung versetzt, wobei an einer anderen Stelle der Transportstrecke ein Absorber vorgesehen ist. Dadurch bildet sich auf der Transportstrecke eine wandernde Biegewelle aus, durch welche ein darauf aufliegendes Objekt entlang der Transportstrecke mit der Welle transferiert werden kann. Diese Patentschrift verfolgt somit ein anderes Prinzip und ist daher für die vorlegende Erfindung nicht einschlägig.
Das Grundprinzip einer akustischen Levitation an einem durch einen Schwingungserzeuger in Schwingung versetzten Biegeschwinger wird in der Veröffentlichung ”The Journal of the Acoustical Society of America” Vol. 100, No. 4, Pt. 1, October 1996, Hashimoto et. al.: ”Near-field acoustic levitation of planar specimens using flexural vibration” beschrieben. Aus dieser Veröffentlichung lassen sich jedoch keine Hinweise dahingehend entnehmen, einen solchen Biegeschwinger in einen konkreten Handler für flache Substrate zu integrieren.
Die Nahfeldlevitation bildet sich insbesondere dann in günstiger Weise aus, wenn der Schwingungserzeuger derart mit dem Träger zusammenwirkt, dass sich auf dem flächigen Tragarm eine stationäre Schwingung mit einer Vielzahl von Schwingungsknoten einstellt.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schwingungserzeuger derart am Tragarm angebracht ist, dass die longitudinale Schwingungsachse senkrecht zur Ebene des flächigen Tragarms ausgerichtet ist. Hierdurch lässt sich die Energie des Schwingungserzeugers besonders effektiv auf den Tragarm übertragen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Tragarm derart ausgeformt, dass ein aufgenommenes Substrat im Bereich einer vorgegebenen lateralen Position, zum Beispiel einer Transportposition, von unten zugänglich ist. Dies kann durch Ausbrüche im Tragarm oder durch eine entsprechende Formgebung, zum Beispiel Gabel beziehungsweise Zungenform oder Ähnlichem, erreicht werden. Diese Formgebungen beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Levitation eines Bauteils auf einem derart ausgebildeten Tragarm problemlos funktioniert, obgleich die Auflagefläche des Substrats kleiner ist als die Substratfläche. Letztendlich bringt dies den Vorteil, dass das Substrat leicht aufgenommen und wieder abgelegt werden kann.
Die Mittel zu lateralen Positionierung eines Substrats können bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung einen oder mehrere Saugköpfe umfassen, die auf den Randbereich des Substrates wirken. Auf diese Weise wird das Substrat am Rand nur minimal an den Ansaugstellen der Saugköpfe berührt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat durch wenigstens einen Anschlag, der auf den Randbereich eines Substrats wirkt, in der gewünschten Position lateral zentriert. Die Positionierung mit einem oder mehreren Anschlägen kann auch im Zusammenspiel mit Saugköpfen erfolgen, die das Substrat durch ihre Saugwirkung gegen die Anschläge ziehen.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel für eine laterale Positionierung eine Klemmeinrichtung. Mit einer Klemmeinrichtung kann ein Randbereich des Substrats sozusagen zangenartig gehalten werden.
Eine laterale Positionierung eines Substrats in der gewünschten Position kann auch dadurch erzielt werden, dass der Tragarm aus der Horizontalen verkippt, das heißt schräg gestellt ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere im Zusammenspiel mit entsprechend angeordneten Anschlägen vorteilhaft.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die ein vollkommen berührungsloses laterales Positionieren eines Substrats ermöglichen. Damit kann das Substrat insgesamt vollkommen berührungslos ”gehandhabt” werden, womit eine Partikelgenerierung oder eine Oberflächenkontamination aufgrund von Berührungen gänzlich vermieden werden kann.
Eine berührungslose Positionierung kann durch einen seitlich am Substrat angeordneten Reflektor beziehungsweise mehrere solche Reflektoren erreicht werden, die vorzugsweise nicht mit dem Tragbereich des Tragarms in Verbindung stehen.
Darüber hinaus kann wenigstens ein zusätzlicher Schwingungserzeuger im Bereich des Substrats für eine berührungslose laterale Positionierung eingesetzt werden, der nicht mit dem Tragbereich des Tragarms in Verbindung steht.
Ebenso können zur berührungslosen Positionierung eine oder mehrere Düsen eingesetzt werden, durch die Gas oder Luft strömt.
In Abhängigkeit vom Einsatzzweck können mehrere Tragarme entweder nebeneinander oder übereinander oder gegenüberliegend angeordnet werden. Diese Tragarme können von einem oder mehreren Schwingungserzeugern zur Ausbildung einer Biegeschwingung versorgt werden, wobei sich der eine oder die mehreren Schwingungserzeuger auf und/oder unter den Tragarmen anordnen lassen.
Zeichnungen:
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen
1 das Frontstück eines Waferhandlers mit Schwingungserzeuger an einem Bewegungssystem in einer perspektivischen Ansicht,
2a bis 5 unterschiedliche Tragarmgeometrien in perspektivischer Ansicht von unten und teilweise von oben,
6a bis 11 unterschiedliche Ausführungsformen zur Herbeiführung einer lateralen Positionierung eines Substrats auf einem Tragarm in perspektivischer Ansicht von oben, und in 6b auch von unten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
1 zeigt ein ”Frontstück” 1 eines Waferhandlers 2 an einem Transfersystem 3.
Das Frontstück 1 umfasst im Wesentlichen einen Schwingungserzeuger 4, der über Koppelelemente 5 mit einem hier beispielhaft beidseitig ausladenden Tragarm 6 mechanisch fest verbunden ist. Der Schwingungserzeuger 4 ist mittels Verbindungselementen 7 an einem Zwischenstück 8 angeordnet, dass mit dem Transfersystem 3 verbunden ist. Damit ist der Tragarm 6 nur über die Koppelelemente 5 und den Schwingungserzeuger 4 mit dem Transfersystem 3 verbunden.
Mit dem Tragarm 6 wird das Prinzip eines Biegeschwingers realisiert, der vom Schwingungserzeuger 4, zum Beispiel einer Ultraschallquelle mit 24 kHz, angeregt wird. Im akustischen Nahfeld des in Biegeschwingungen versetzten Tragarms 6 kann zum Beispiel auf beiden Seiten ein beispielhaft 200 mm Wafer 9 in einer Levitationshöhe von ca. 0,1 bis ca. 0,5 mm gehalten werden.
Die laterale Positionierung der Wafer 9 ist in 1 durch einstellbare taktile Anschläge gelöst (nicht dargestellt).
In den 6a bis 11 sind weitere Möglichkeiten der lateralen Positionierung schematisch dargestellt.
In 6a wird die laterale Positionierung durch zwei Saugköpfe 10, 11 vorgenommen, die entweder am Rand, so wie in 6a und 6b abgebildet, oder im Randbereich von oben oder unten am Wafer angreifen (nicht dargestellt) und diesen durch Unterdruck festhalten. Die Pfeile 12, 13 in 6a symbolisieren die Saugrichtung.
Durch diese Vorgehensweise bleibt ein auf einem Tragarm 14 abgelegter Wafer 15 vollständig von vorne zugänglich.
Eine Alternative hierzu wird in 7 gezeigt, bei welcher eine laterale Positionierung eines Wafers 15 auf einem Tragarm 14 durch eine Kombination aus Saugköpfen 16, 17 mit Anschlägen 18, 19 erreicht wird. Entsprechend den eingezeichneten Pfeilen wird der Wafer 15 angezogen, berührt die Saugköpfe 16, 17 jedoch nicht, da die Anschläge 18, 19 den Wafer 15 in geringem Abstand vor den Saugköpfen 16, 17 platzieren.
Gemäß 8a und b kann ein Wafer 15 auf einem Tragarm 14 auch durch eine Klemmeinrichtung 20 mit beispielhaft zwei Klemmbacken 21 und 22 lateral fixiert werden. In 8a deuten Pfeile die Klemmrichtung an.
9a und b zeigt eine laterale Positionierung durch Anschlagpaare 23, 24, wobei wenigstens das Anschlagpaar 24 verschiebbar ist (siehe Pfeil in 9a).
10 zeigt einer schräg gestellten Tragarm 29, an dessen vorderem Ende Anschläge 31 angebracht sind, gegen welche ein auf dem Tragarm 29 levitierter Wafer 15 rutscht.
In 11 wird der Wafer 15 auf dem Tragarm 14 durch vier Ultraschallgeber 30 berührungslos lateral positioniert. Dies stellt eine besonders elegante Möglichkeit dar, den Wafer 15 vollkommen berührungslos bei einem Transfer zu halten.
Des Weiteren ist es möglich, einen Wafer 15 auf einem Tragarm 14 mit Düsen lateral zu positionieren, aus denen Luft ausströmt. Dabei können die Düsen so angeordnet werden wie die Ultraschallgeber 30 in 11 oder es werden eine oder zwei Düsen eingesetzt, die den Wafer 15 gegen einen oder mehrere Anschläge drücken.
In Abhängigkeit von den Umgebungsvoraussetzungen, können entsprechend der 2a bis 5b unterschiedlich ausgebildete Tragarme zum Einsatz kommen. Die Darstellung gemäß 2a und b steht beispielhaft für gabelförmige Tragarme 25. In 3a und 3b ist ein plattenförmiger Tragarm 26 abgebildet.
4a zeigt die Einsatzmöglichkeit von mehreren Tragarmen, die eine Auflageebene ausbilden, beispielhaft zwei Tragarme 27.
Schließlich steht 5 mit einem Tragarm 28 für Tragarme mit Ausbrüchen. Auch die soeben beschriebenen Formen 25, 26 und 27 können zusätzlich beliebige Ausbrüche aufweisen.
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass sich alle die genannten Formen mit einem Schwingungserzeuger 4 in Biegeschwingungen versetzen lassen, so dass eine Levitation eines darauf abgelegten Wafers 15 möglich ist. Dagegen sind aus dem Stand der Technik ausschließlich rechteckförmige Biegeschwinger bekannt, die zudem flächenmäßig immer größer sind als die damit levitierten Bauteile.
Die Form der Tragarme 25 bis 29 wird vorzugsweise den Gegebenheiten der Umgebung derart angepasst, dass sich der Wafer 15 besonders leicht aufnehmen und wieder absetzen lässt.
Bezugszeichenliste

1: Frontstück
2: Waferhandler
3: Transfersystem
4: Schwingungserzeuger
5: Koppelelement
6: bewegbarer flächiger Arm
7: Verbindungselement
8: Zwischenstück
9: Substrat
10: Mittel zur Lagevorgabe
11: Mittel zur Lagevorgabe
12: Pfeil
13: Pfeil
14: bewegbarer flächiger Arm
15: Substrat
16: Mittel zu Lagevorgabe
17: Mittel zur Lagevorgabe
18: Mittel zur Lagevorgabe
19: Mittel zur Lagevorgabe
20: Mittel zur Lagevorgabe
21: Mittel zur Lagevorgabe
22: Mittel zur Lagevorgabe
23: Mittel zur Lagevorgabe
24: Mittel zur Lagevorgabe
25: bewegbarer flächiger Arm
26: bewegbarer flächiger Arm
27: bewegbarer flächiger Arm
28: bewegbarer flächiger Arm
29: bewegbarer flächiger Arm
30: Einrichtung zur berührungslosen lateralen Positionierung
31: Mittel zur Lagevorgabe

Claims

Handler zum Transportieren von flachen, in der Halbleiterindustrie zur Anwendung kommenden Substraten (9, 15), insbesondere Wafern, zwischen wenigstens zwei Stationen, mit einem bewegbaren flächigen Arm (6, 14, 25–29) zur Aufnahme des Substrats (9, 15) sowie Mittel (10, 11, 16–24, 31) zur Lagevorgabe des Substrats (9, 15) im Bereich einer vorgegebenen Position auf dem Tragarm (6, 14, 25–29), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungserzeuger (4) zur Erzeugung einer longitudinalen Ultraschallschwingung vorgesehen ist, dass der Schwingungserzeuger mit dem Tragarm (6, 14, 25–29) derart zusammenwirkt, dass auf dem flächigen Tragarm (6, 14, 25–29) eine stationäre Schwingung mit mindestens einem Schwingungsbauch einstellbar ist, die eine Levitation eines darauf abgelegten Substrats (9, 15) ermöglicht, und dass die Mittel zur Lagevorgabe (10, 11, 16–24, 31) des Substrats (9, 15) für eine laterale Positionierung durch ausschließlich eine Wechselwirkung mit dem Randbereich eines Substrats (9, 15) ausgebildet sind.
Handler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (4) derart mit dem Tragarm (6, 14, 25–29) zusammenwirkt, dass auf dem flächigen Tragarm (6, 14, 25–29) eine stationäre Schwingung mit einer Vielzahl von Schwingungsknoten einstellbar ist.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (4) derart am Tragarm (6, 14, 25–29) angeordnet ist, dass die longitudinale Schwingungsachse senkrecht zur Ebene des flächigen Tragarms (6, 14, 25–29) ausgerichtet ist.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (6, 14, 25–29) derart ausgeformt ist, dass ein aufgenommenes Substrat (9, 15) im Bereich einer vorgesehen Position von unten zugänglich ist.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Lagevorgabe (10, 11, 16–24, 31) für die laterale Positionierung einen Saugkopf (10, 11, 16, 17) umfassen.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Lagevorgabe (10, 11, 16–24, 31) für eine laterale Position einen Anschlag (18, 19, 23, 24, 31) aufweisen.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Lagevorgabe (10, 11, 16–24, 31) für eine laterale Positionierung eine Klemmeinrichtung (20) umfassen.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (6, 14, 25–29) schräg gestellt ist.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (30) zur berührungslosen lateralen Positionierung des Substrats (15) vorgesehen sind.
Handler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (30) einen seitlich am Substrat (15) angeordneten Schallreflektor umfassen.
Handler nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (30) wenigstens einen zusätzlichen Schwingungserzeuger im Bereich des Substrats (15) umfassen, der nicht mit dem Tragbereich des Tragarms (14) in Verbindung steht.
Handler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tragarme (6, 14, 25–29) entweder übereinander oder nebeneinander oder gegenüberliegend angeordnet sind und von einem oder mehreren Schwingungserzeugern (4) versorgt werden, die auf und/oder unter den Tragarmen (6, 14, 25–29) positioniert sind.